一、概述
1、背景介紹
城市排水管網(wǎng)承擔(dān)著城市防汛排澇、污水收集和輸送的任務(wù)，是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施之一，它關(guān)系到社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展和人民生活的安定,在保障城市發(fā)展和安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。
城市排水系統(tǒng)不僅要建設(shè)好，更重要的是要運(yùn)行管理好。然而隨著城市化進(jìn)程的突飛猛進(jìn)，城市排水管網(wǎng)的建設(shè)速度、規(guī)模隨之加快增大，管理難度也越來越大。排水系統(tǒng)欠缺完善，雨污水管道老化、管道淤積嚴(yán)重，污水漫溢、道路積水內(nèi)澇，水環(huán)境惡化、河道黑臭、城市污水廢水滲入地下水污染水資源等問題亟待解決。因此，一套科學(xué)智能、功能完備的綜合水位管理系統(tǒng)不可少。
二、排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1、排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)
排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等組成。軟硬件有機(jī)組合成功能齊全、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)穩(wěn)定的排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。
感知層主要由污水井液位監(jiān)測儀等不同類型傳感器構(gòu)成，該層主要提供最新實(shí)時、穩(wěn)定可靠的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)的管理應(yīng)用平臺提供有效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。
網(wǎng)絡(luò)層主要是無線方式進(jìn)行傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和管理應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)傳輸表達(dá)。系統(tǒng)通信組網(wǎng)常采用4G/NB-IoT等組網(wǎng)方式。
應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備查詢及管理、預(yù)警預(yù)報、報警及診斷服務(wù)、管道分布查詢、設(shè)備分布、遠(yuǎn)程調(diào)度、移動端的實(shí)時查看、移動端的預(yù)警預(yù)報和遠(yuǎn)程指揮控制等日常管理等功能的平臺。應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的主要手段方式。
2、感知層構(gòu)成
感知層是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的一層，該層主要提供最新實(shí)時、穩(wěn)定可靠的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)的管理應(yīng)用平臺提供有效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中最底層、也是最重要的組成部分。
3、網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層常采用4G/NB-IoT等組網(wǎng)方式。
液位監(jiān)測站主機(jī)常采用4G/NB-IoT等通信方式，與管理中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
管理中心站通過Internet專線與上級管理部門通信，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)監(jiān)測信息共享。
顯示平臺主要通過PC終端、平板電腦、大屏幕、無線終端等方式展現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，有助于數(shù)據(jù)的分析和管理,同時還可以使用這些方式進(jìn)行管理操作。
4、應(yīng)用層構(gòu)成
應(yīng)用層是排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)不可少組成部分，應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備查詢及管理、預(yù)警預(yù)報、報警及診斷服務(wù)、管道分布查詢、設(shè)備分布、遠(yuǎn)程調(diào)度、移動端的實(shí)時查看、移動端的預(yù)警預(yù)報和遠(yuǎn)程指揮控制等日常管理等功能的平臺。應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的主要手段方式，也是實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)字化管理的主要方式。
三、排水管網(wǎng)液位監(jiān)測站系統(tǒng)設(shè)計(jì)
城市排水系統(tǒng)由于深埋地下，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一個具有隱蔽性的巨型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這增加了排水管網(wǎng)運(yùn)營和管理的難度。如何合理的規(guī)劃管理城市排水管網(wǎng)、控制水污染、防止城市內(nèi)澇和解決管網(wǎng)入流入滲問題，已成為城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。
通過排水管網(wǎng)的液位監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)對管道內(nèi)部液位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確掌握，改變粗略判斷液位的數(shù)據(jù)管理方式。
通過對管網(wǎng)系統(tǒng)的液位監(jiān)測，實(shí)時掌握管網(wǎng)總體運(yùn)行狀況。
通過液位數(shù)據(jù)積累，對較長時間跨度的管道液位變化趨勢進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)判。
將液位數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型軟件相結(jié)合，建立完整動態(tài)的管網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)、管網(wǎng)運(yùn)行能力分析系統(tǒng)等，為科學(xué)運(yùn)營夯實(shí)基礎(chǔ)。
通過液位實(shí)時監(jiān)測、預(yù)警分析、運(yùn)行狀況研判，建立科學(xué)的運(yùn)營管理體系，提高管理人員對整體管網(wǎng)系統(tǒng)的掌控能力、水量科學(xué)調(diào)配能力，提升運(yùn)營管理效率。
為更精準(zhǔn)的監(jiān)測水位，建議設(shè)備每1公里設(shè)置一套，管道交叉口出需在主管道處增設(shè)一套，重復(fù)處留一套即可。
1、液位監(jiān)測站構(gòu)成
液位監(jiān)測站主要由雨水井液位監(jiān)測儀、污水井液位監(jiān)測儀、安裝支架（可拆卸）等組成?？梢源蠓秶鷻z測窨井內(nèi)的水位，主要起到預(yù)警報警的作用，可有效預(yù)防城市內(nèi)澇的發(fā)生。
該液位監(jiān)測站可有效進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時還可以將采集到的數(shù)據(jù)無線傳輸至管理中心，管理中心控制人員可以根據(jù)采集到的流量數(shù)據(jù)控制閥門以此達(dá)到控制管道內(nèi)的污水狀態(tài)，使其處于合理安全的范圍。
2、液位監(jiān)測站功能
2.1監(jiān)測采集功能
液位監(jiān)測站可以自動采集水位數(shù)據(jù)，并定時向中心站發(fā)送當(dāng)前監(jiān)測的數(shù)據(jù)，同時還包括系統(tǒng)電壓、站點(diǎn)編號等參數(shù)。
2.2保存功能
液位監(jiān)測站可以自動保存一定時間內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2.3斷點(diǎn)續(xù)傳功能
由于某些現(xiàn)場通信信號較差導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)無法及時上傳或者出現(xiàn)上傳數(shù)據(jù)缺失時，液位監(jiān)測站會在下一次上傳數(shù)據(jù)時，自動補(bǔ)傳缺失的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2.4報警功能
當(dāng)水位超出限定閾值時，可以進(jìn)行頻繁采集上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)和提供報警功能。
2.5遠(yuǎn)程配置功能
通過服務(wù)平臺可遠(yuǎn)程配置和讀取液位監(jiān)測站監(jiān)測設(shè)備的工作模式和傳感器的工作參數(shù)，使監(jiān)測設(shè)備更加貼近用戶需求或現(xiàn)場使用情況。
3、液位監(jiān)測站設(shè)備技術(shù)參數(shù)
1.測量量程：7米（可制定更大量程）；
2.測量方式：超聲波非接觸式；
3.測量分辨率：1cm；
4.測量精度：0.5%；
5.采集響應(yīng)時間：≤5s
6.供電電源：內(nèi)置DC3.6V/52000mAh大容量電池；
7.結(jié)構(gòu)材料：鋁合金烤漆外殼，耐磨耐腐蝕；
8.報警設(shè)置：最高液位報警值、液位報警值設(shè)置；
9.功耗：靜態(tài)值守電流≤0.2mA，平均工作電流（不含通信）≤8mA；
10.通信協(xié)議：符合SL651-2014《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》要求；
11.顯示屏：128*64點(diǎn)陣；
12.安裝方式：L形支架掛壁安裝；
13.外殼通過IP68防護(hù)等級檢測，符合GB/T4208-2017《外殼防護(hù)等級（IP代碼）》標(biāo)準(zhǔn)要求；
14.工作溫度：-15℃～55℃，產(chǎn)品通過GB/T2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分試驗(yàn)方法試驗(yàn)A：低溫》測試；產(chǎn)品通過GB/T2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分試驗(yàn)方法試驗(yàn)B：高溫》測試；
監(jiān)測儀固件程序軟件著作權(quán)
4、城市內(nèi)澇防治綜合監(jiān)控信息化管理平臺
4.1數(shù)據(jù)采集軟件
數(shù)據(jù)采集軟件通過已建網(wǎng)絡(luò)，對項(xiàng)目所有站點(diǎn)的遙測積水?dāng)?shù)據(jù)的進(jìn)行實(shí)時接收，處理、存儲接收到的數(shù)據(jù)，同時寫入統(tǒng)一的遙測數(shù)據(jù)庫，以供原有系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集軟件主要用于監(jiān)測站點(diǎn)原始數(shù)據(jù)接收采集入庫，與遙測系統(tǒng)配套使用。
數(shù)據(jù)接收部分通過4G接收方式，接收各遙測站點(diǎn)的水位、電壓等原始報文數(shù)據(jù)，并對原始報文進(jìn)行解析處理，將解析出來的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫表；可通過4G進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，管理及更改站點(diǎn)基本參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)提取、招測。
4.2動態(tài)監(jiān)測預(yù)警
通過預(yù)設(shè)積水不同預(yù)警級別的預(yù)警閥值，從數(shù)據(jù)庫值守刷新數(shù)據(jù)，對監(jiān)測的實(shí)時數(shù)據(jù)與設(shè)定的閥值進(jìn)行對比分析，對超過不同級別預(yù)警閥值通過不同顏色及聲音進(jìn)行預(yù)警提醒，同時站點(diǎn)所在位置閃爍，并可支持預(yù)警短信發(fā)送給相關(guān)工作人員。
4.3過程趨勢分析
結(jié)合GIS地圖平臺，在實(shí)時監(jiān)測信息浮動的基礎(chǔ)上，提供監(jiān)測信息過程趨勢分析功能。分析結(jié)果結(jié)合不同要素業(yè)務(wù)特點(diǎn)及需要，通過過程線方式展示。為用戶掌握積水監(jiān)測信息的過程演變趨勢提供直觀的信息服務(wù)。
積水過程線及設(shè)備運(yùn)行信息
4運(yùn)行環(huán)境與集成
4.1中心站設(shè)備組成
（1）路由器；
（2）工作站——主要對接收后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等；
（3）服務(wù)器——應(yīng)用/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；
中心站結(jié)構(gòu)圖
本次項(xiàng)目可利用現(xiàn)有設(shè)備，不在額外采購中心設(shè)備。
4.2軟件運(yùn)行環(huán)境
4.2.1操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)：Windows serverR2 2008以上64位版本。
應(yīng)用系統(tǒng)：微軟. Framework 4.0框架（.框架高于以上版本都可以）。
本次項(xiàng)目將利用現(xiàn)有服務(wù)器操作系統(tǒng)。
4.2.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
MySql、SQL Server2012及以上；
本次項(xiàng)目將利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
4.3硬件運(yùn)行環(huán)境
4.3.1服務(wù)器
本次項(xiàng)目將利用現(xiàn)有服務(wù)器。
4.3.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境
具有公網(wǎng)IP/專網(wǎng)環(huán)境，獨(dú)立IP地址，2M以上獨(dú)立寬帶。
五、成功案例
上海市閔行區(qū)梅隴鎮(zhèn)城投建設(shè)時間：2021年5月
蘇州吳江“智慧水務(wù)”信息化系統(tǒng)建設(shè)建設(shè)時間：2021年4月
